WRL1296, PWr Energetyka, Spalanie i paliwa, sprawozdania cwiczenie 28 lpf pwr


I rok, elektronika

18-3-96

Ćwiczenie 26

Pomiar przewodności cieplnej izolatorów.

Celem ćwiczenia jest:

a) zapoznanie się z metodą pomiaru współczynnika przewodności cieplnej izolatorów

b) nabycie umiejętności obsługiwania ultratermostatu

c) dokonanie pomiaru współczynnika przewodności cieplnej izolatora

Wstęp teoretyczny:

Jeżeli przeciwległe ścianki płyty o powierzchni przekroju S i grubości d1 mają odpowiednio temperatury T1 i T2 (T1>T2),to następuje przepływ ciepła w kierunku powierzchni o niższej temperaturze. Ilość ciepła przepływającego w jednostce czasu w stanie stacjonarnym wyrazi się wzorem

gdzie:

k-współczynnik przewodności cieplnej, oznacza ilość ciepła przechodzącego w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni przy jednostkowym gradiencie temperatury (różnica temperatury 1K przypada na jednostkę grubości).

Różne ciała mają różne wartości przewodności cieplnej. Ciała o małej wartości współczynnika

k- 10-1-102 (J/msk) nazywają się izolatorami.

Zakładając, że ilość wypromieniowanego ciepła jest proporcjonalna do powierzchni,

można wyrazić ilość ciepła wypromieniowanego przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu jako:

gdzie:

r - promień mosiężnej płytki

d - grubość mosiężnej płytki

Po ustaleniu się temperatur dwóch płyt w zestawie doświadczalnym ilość ciepła przewodzona przez badaną płytkę jest równa ilości ciepła wypromieniowanego przez boczną i dolną powierzchnię mosiężnej płyty:

gdzie:

m - masa odbiornika

c - ciepło właściwe odbiornika

d - grubość odbiornika

r - promień odbiornika

d1,r1 - grubość i promień badanej płyty

n = T/t - szybkość stygnięcia

T1 - T2 = Tr - różnica temperatur stanu równowagi

Przebieg pomiarów:

- Należało położyć badaną płytkę na mosiężnej płycie, następnie na badanej płytce izolatora umieścić puszkę z gliceryną -zbiornik ciepła. Ogrzać układ do chwili osiągnięcia stanu równowagi, tj. do ustalenia wartości T1-T2. Wyjąć płytkę izolatora i doprowadzić do ogrzania dolnej płyty o 3C powyżej stanu równowagi. Następnie zdjąć puszkę z gliceryną i włączyć stoper. Co 5s odczytywać wartości, aż dolna płytka osiągnie temperaturę o 4 mniejszą od stanu równowagi.

Wartości wielkości gabarytowych:

płytka nr 5 - bakelitowa

GRUBOŚĆ

ŚREDNICA

Lp.

d1 [mm]

Lp.

Sr [mm]

1

3,00

1

149,74

2

3,01

2

149,76

3

3,02

3

149,72

dsr = 3,01 + 0,01

Ssr = 149,74 + 0,02

r1 = Ssr/2 r1 = 74,84 + 0,04 [mm]

płytka nr 9 - drewniana

GRUBOŚĆ

ŚREDNICA

Lp.

d1 [mm]

Lp.

Sr [mm]

1

4,20

1

150,14

2

4,19

2

150,16

3

4,21

3

150,12

dsr = 4,20 + 0,01

Ssr = 150,14 + 0,02

r1 = Ssr/2 r1 = 75,07 + 0,04 [mm]

płytka P2 - mosiężna

GRUBOŚĆ

ŚREDNICA

Lp.

d1 [mm]

Lp.

Sr [mm]

1

11,90

1

150,10

2

11,91

2

150,12

3

11,89

3

150,08

dsr = 11,90 + 0,01

Ssr = 150,10 + 0,02

r1 = Ssr/2 r1 = 75,05 + 0,04 [mm]

1. Obliczamy współczynnik przewodności cieplnej dla płytki bakelitowej.

- odczytuję najpierw temperaturę różnicową Tr - po ogrzaniu płytki bakelitowej

Tr - 7,0 + 0,2 [K]

- po ogrzaniu płytki P2 o 3° odczytuję szybkość stygnięcia w przedziale Tsr + 3° < Tsr < Tsr +


Lp. odczyt

co 5 [s]

K

+ 0,2

0

4,0

5

4,1

10

4,2

15

4,3

20

4,5

25

4,6

30

4,7

35

4,9

40

5,0

45

5,2

50

5,4

55

5,5

60

5,7

65

5,9

70

6,1

75

6,3

80

6,4

85

6,5

90

6,7

95

6,9

100

7,0

105

7,3

110

7,4

115

7,5

120

7,6

125

7,8

130

7,9

135

8,0

140

8,2

145

8,4

150

8,6

155

8,8

160

8,9

165

9,1

170

9,2

175

9,3

180

9,4

185

9,5

190

9,6

195

9,7

200

9,9

205

10,0

210

10,2

215

10,3

220

10,5

225

10,6

230

10,7

235

10,8

240

11,0


- sporządzam wykres zależności T=f(t)

- z wykresu mogę określić szybkość stygnięcia n = Tr/

Tr = 7,0 ± 0,2 [K]

 = 100,0 ± 0,2 [s]

T = 0,1 [K]

 = 5 [s]

n = Tr/ = 0,14 / 5 = 0,03 ± 0,01 [K/s]

- obliczam współczynnik przewodnictwa cieplnego k:

korzystam ze wzoru:

gdzie:

m - masa odbiornika (płytki mosiężnej) - 1,699 ± 0,001 [kg]

c - ciepło właściwe odbiornika - 375 ± 40 [J/kg*K]

d - grubość odbiornika - 1,19*10-2 ± 0,01*10-2 [m]

r - promień odbiornika - 75,05*10-3 ± 0,04*10-3 [m]

d1 - grubość badanej płyty - 3,01*10-3 ± 0,01*10-3 [m]

r1 - promień badanej płyty - 74,84*10-3 ± 0,04*10-3 [m]

T1 - T2 = Tr - różnica temp. stanu równowagi - 7,0 ± 0,2 [K]

n = T/t - szybkość stygnięcia - 0,03 ± 0,01 [K/s]

k = 2,4*10-1 [J/msK] = 0,25 [J/msK]

2. Obliczam współczynnik przewodności cieplnej dla płytki drewnianej.

- odczytuję temperaturę różnicową Tr - po ogrzaniu płytki drewnianej

Tr - 15,5 ± 0,2 [K]

- po ogrzaniu płytki P2 o 3° odczytuję szybkość stygnięcia w przedziale Tsr ± 3° < Tsr < Tsr ± 4°


Lp. odczyt

co 5 [s]

K

+ 0,2

0

12,5

5

12,6

10

12,8

15

13,0

20

13,2

25

13,4

30

13,5

35

13,6

40

13,9

45

14,0

50

14,1

55

14,2

60

14,4

65

14,5

70

14,7

75

14,8

80

14,9

85

15,0

90

15,2

95

15,3

100

15,4

105

15,6

110

15,7

115

15,8

120

16,0

125

16,2

130

16,3

135

16,4

140

16,5

145

16,7

150

16,8

155

16,9

160

17,0

165

17,1

170

17,3

175

17,4

180

17,5

185

17,7

190

17,8

195

18,0

200

18,1

205

18,2

210

18,3

215

18,5

220

18,7

225

18,9

230

19,1

235

19,3

240

19,5


- sporządzam wykres zależności T=f(t)

- z wykresu mogę określić szybkość stygnięcia n = Tr/

Tr = 15,5 ± 0,2 [K]

 = 102,5 ± 0,2 [s]

T = 0,2 [K]

 = 5 [s]

n = Tr/ = 0,15 / 5 = 0,03 ± 0,01 [K/s]

- obliczam współczynnik przewodnictwa cieplnego k:

korzystam ze wzoru:

gdzie:

m - masa odbiornika (płytki mosiężnej) - 1,699 ± 0,001 [kg]

c - ciepło właściwe odbiornika - 375 ± 40 [J/kg*K]

d - grubość odbiornika - 1,19*10-2 ± 0,01*10-2 [m]

r - promień odbiornika - 75,05*10-3 ± 0,04*10-3 [m]

d1 - grubość badanej płyty - 4,2*10-3 ± 0,01*10-3 [m]

r1 - promień badanej płyty - 75,07*10-3 ± 0,04*10-3 [m]

T1 - T2 = Tr - różnica temp. stanu równowagi - 15,5 ± 0,2 [K]

n = T/t - szybkość stygnięcia - 0,03 ± 0,1 [K/s]

k = 1,66*10-1 [J/msK] = 0,17 [J/msK]

- Obliczam błąd bezwzględny k i błąd względby k/k * 100%

błędy obliczam metodą pochodnej logarytmicznej

potrzebne wartości pobieram z danych na obliczanie współczynnika k:

- dla płytki bakelitowej

k = 0.12  0,1

k/k = 48%

- dla płytki drewnianej

k = 0,12  0,1

k/k = 48%

Wnioski:

Po obliczeniu współczynników przewodności dla płytki bakelitowej i drewnianej mogę stwierdzić, że oba wyniki zaliczają te materiały do izolatorów, gdyż mieszczą się w przedziale 10-1 - 102 (J/msK). Współczynnik przewodnictwa cieplnego płytki drewnianej (0,17 [J/msK]), jest nieznacznie mniejszy od współczynnika przewodnictwa cieplnego płytki bakelitowej (0,25 [J/msk]), co świadczy o mniejszej przewodności, czyli bakelit jest gorszym izolatorem. Otrzymane wyniki, narażone są jednak na możliwość wystąpienia dużego błędu, który może wywołać mała dokładność przyrządów pomiarowych - miernika - oraz mała dokładność w odczycie temperatury (odczyt co pięć sekund). Problem ten można rozwiązać poprzez zautomatyzowanie odczytów temperatury. Odczytanie temperatury różnicowej było dość trudne i mogło spowodować duży błąd, gdyż wymagało to długiego oczekiwania, na ustalenie się tej wartości, ukazywanej przez miernik. Na błąd wpływają dodatkowe wypromieniowania ciepła z brzegów badanej płytki.

Wykres ukazujący szybkość stygnięcia płytek jest w przybliżeniu wykresem liniowym, co oznacza jednakową szybkość oddawania temperatury. Otrzymane wartości są takie same.

Błędy policzone metodą różniczki logarytmicznej są dość duże, błąd względny wynosi prawie 50%.Ukazuje on, iż wymagania w dokładności pomiarów jakie stawia powyższe ćwiczenie są duże i mają istotny wpływ na ostateczne wyniki.

Laboratorium fizyki - 1 - Ćwiczenie 26

Laboratorium fizyki - 5 - Ćwiczenie 26



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Sprawozdanie spalanie paliwa, Energetyka AGH, II semestr, Paliwa, sprawozdania
Mariusz J sprawozdanie 2, PWR [w9], W9, 3 semestr, Spalanie i Paliwa, Laborki SiP, 17.10.2013 - Spa
ściąga alfabetycznie, PWr W9 Energetyka stopień inż, III Semestr, Spalanie i paliwa, Opracowane pyta
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA POMIARY PROMIENIOWANIA LABOLATORIUM MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH
testy spalanie, Politechnika Wrocławska Energetyka, IV semestr, Spalanie i paliwa, spalanie i paliwa
OLEJOWY PŁOMIEŃ- wyniki pomiarów, INZ-Energetyka-ECiJ, Semestr Zimowy 09-10, Spalanie i paliwa
spalanie 2014 I termin, PWR [w9], WSZYSTKO W9, Spalanie i paliwa
Ćwiczenie (28), Sprawozdanie fiz28
Sprawozdanie Ćwiczenie 44a, PWR ZIP, lab fizyka

więcej podobnych podstron